[發明專利]核殼結構的金屬磷酸鹽復合材料及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 202310882701.1
• 申請日: 2023-07-19
• 公開（公告）號: CN116632219B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 舒雙;彭馨瑤;周亞楠;孫鵬;汪寶進
• 申請（專利權）人: 蘭溪博觀循環科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/36
• 代理公司: 長沙辰齊知壹知識產權代理事務所(普通合伙) 43290
• 代理人: 李瓊芳

本發明屬于鋅離子電池材料技術領域，公開了核殼結構的金屬磷酸鹽復合材料，所述復合材料的核為鋅和鈷的磷酸鹽，殼為鋅或鈷的磷酸鹽。結合液相法和高溫燒結法制備得到的核殼結構的金屬磷酸鹽復合材料具有超高的比表面積，為水合鋅離子的傳輸提供了充足的空間，并為核層的鋅和鈷的磷酸鹽材料在電化學過程中的結構改變提供了較大的緩沖空間，保證了水合鋅離子的快速傳輸。此外，殼層結構進一步保障了核層結構的穩定性。將本發明的核殼結構的金屬磷酸鹽復合材料作為正極材料應用到鋅離子電池，鋅離子電池具有良好的循環穩定性和容量保持率。

技術領域

本發明屬于鋅離子電池材料技術領域，具體涉及核殼結構的鋅離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

水系鋅離子電池的工作原理與鋰離子電池相似，即利用電解液中的鋅離子在正負兩個電極間的往復穿梭來存儲和釋放電能。與堿性電解液體系電池相比，基于中性或近中性水系電解液的鋅離子電池，具有理論上更長的鋅負極循環壽命。而且鋅離子電池的重要原材料之一——鋅儲量豐富，且鋅離子電池的裝配、儲存、運輸和維護相對簡單。目前，鋅離子電池被認為在大規模儲能領域具有更加廣闊的應用前景。

磷酸基鋅電正極材料由于結構穩定性好、耐酸堿性等優勢，是實現未來鋅離子電池實際應用的最有潛力的正極材料。目前，對磷酸基鋅電正極材料的研究還較少，也有必要對磷酸基鋅電正極材料做進一步的優化。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種新型的核殼結構的磷酸基鋅電正極材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明提供以下具體的技術方案。

首先，本發明提供核殼結構的金屬磷酸鹽復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將鋅鹽和鈷鹽溶于去離子水或有機溶劑Ⅰ中，形成溶液A；

將有機配體溶于去離子水或有機溶劑Ⅱ中，形成溶液B；

將溶液A和溶液B攪拌混合，反應，得到混合物料；

在混合物料中加入鋅鹽或鈷鹽，繼續攪拌，反應；反應結束后，離心、洗滌、干燥，得到外層為鋅或鈷的有機金屬框架、內層為鋅和鈷的有機金屬框架的金屬復合有機框架材料；

將金屬復合有機框架材料與磷酸氫銨混合，煅燒，得到核殼結構的金屬磷酸鹽復合材料。

在進一步的優選方案中，所述鋅鹽為硝酸鋅、乙酸鋅、硫酸鋅中的至少一種；所述鈷鹽為硝酸鈷、乙酸鈷、硫酸鈷中的至少一種。

在進一步的優選方案中，所述有機配體為反丁烯二酸、2-甲基咪唑、均苯酸三甲酸、間苯二甲酸、谷氨酸中的至少一種。

在進一步的優選方案中，所述有機溶劑Ⅰ和有機溶劑Ⅱ均為甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一種。

在進一步的優選方案中，所述溶液A中鈷離子和鋅離子的總濃度為0.5-3mol/L。

在進一步的優選方案中，所述溶液B的濃度為0.3-3mol/L。

在進一步的優選方案中，溶液A和溶液B攪拌混合時，控制鋅鹽、鈷鹽、有機配體的摩爾比為2：1：8~15。

在進一步的優選方案中，在混合物料中加入的鋅鹽或鈷鹽與混合物料中鋅鹽的摩爾比為0.02~0.05：1。

在進一步的優選方案中，所述金屬復合有機框架材料與磷酸氫銨根據摩爾比1：2.01~2.05混合。

在進一步的優選方案中，所述煅燒的溫度為500~1000℃，所述煅燒的時間為3~10h，所述煅燒的氣氛為惰性氣氛或氮氣氣氛。

其次，本發明上述制備方法制備得到的核殼結構的金屬磷酸鹽復合材料，所述復合材料的核為鋅和鈷的磷酸鹽，殼為鋅或鈷的磷酸鹽。